(57)【要約】【課題】ＳＯＩウェハを用いて作製される転写マスク（ステンシルマスク）に発生するエッチングストッパ層の圧縮応力に起因した反りという転写マスクの欠陥を低減し、優れた転写精度を有する転写マスクの製造方法を提供する。【解決手段】第１の基板に開口部を形成する工程と、開口部が形成された第１の基板と第２の基板とを接合してパターン形成部を形成する工程と、パターン形成部に荷電粒子線透過孔を形成する工程と、を含むことを特徴とする転写マスクの製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板に開口部を形成する工程と、
前記開口部が形成された前記第１の基板と第２の基板とを接合してパターン形成部を形成する工程と、前記パターン形成部に荷電粒子線透過孔を形成する工程と、を含むことを特徴とする転写マスクの製造方法。
【請求項２】
前記パターン形成部を形成する工程の後、かつ、前記荷電粒子線透過孔を形成する工程の前に、前記第２の基板の厚さを低減する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の転写マスクの製造方法。
【請求項３】
前記第２の基板の厚さを低減する工程は研磨、またはドライエッチング、またはこれらの組み合わせにより行うことを特徴とする請求項２に記載の転写マスクの製造方法。
【請求項４】
前記開口部を形成する工程は、前記第１の基板にエッチングマスクを形成し、前記エッチングマスクを用いて前記第１の基板をエッチングし、前記エッチングマスクを除去することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の転写マスクの製造方法。
【請求項５】
前記第１の基板と前記第２の基板とを接合して前記パターン形成部を形成する工程は、前記第１の基板と前記第２の基板とを貼り合わせて加熱することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の転写マスクの製造方法。
【請求項６】
前記第１の基板及び前記第２の基板が単結晶シリコンからなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の転写マスクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転写マスクの製造方法に関する。より詳細には、電子線やイオンビーム等の荷電粒子線露光に用いられる転写マスクの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＳＩ等の微細化が急速に進み、これらの素子の更なる微細な回路パターンを形成するためのリソグラフィ技術の開発が進められている。特に、線幅６５ｎｍ以下のパターン形成においてはＡｒＦ液浸リソグラフィ法が最も有力な方法となっている。
【０００３】
しかし、ＡｒＦ液浸リソグラフィ法を用いた場合、従来のリソグラフィ法より実効的な解像度を向上させることが可能であるが、焦点深度が低くなるため、高アスペクト比のホールパターンの形成が困難となる。また、ＡｒＦ液浸リソグラフィ法によっても４５ｎｍノード以下の微細パターンに対しては解像限界に達する可能性があり、この問題を解決する方法のひとつに荷電粒子線リソグラフィが挙げられる。
【０００４】
荷電粒子線リソグラフィは、従来用いられてきたＡｒＦやＫｒＦ等のエキシマレーザの代わりに、電子線やイオンビーム等の荷電粒子線を露光光源として利用する技術である。
【０００５】
荷電粒子線リソグラフィでは露光光源となる荷電粒子線を所望の荷電粒子線透過孔パターンが形成された転写マスクに照射し、ウェハ上のレジストを感光させ微細パターンの形成を行う。従来のエキシマレーザを用いた露光方法に比べて焦点深度及び解像度の向上が期待できる。
【０００６】
従来、荷電粒子線露光に用いられる転写マスクの製造にはＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェハが多く用いられている。図２（ａ）に示すように、ＳＯＩウェハ２４は単結晶シリコンからなる支持層２１上にシリコン酸化膜からなるエッチングストッパ層２２が形成され、エッチングストッパ層２２の上に単結晶シリコンからなる薄膜層２３が形成された３層構造となっている。転写マスクの製造に用いられるＳＯＩウェハは通常、支持層２１の厚みが５００μｍ〜７２５μｍ、エッチングストッパ層２２の厚みが０．５μｍ〜１．０μｍ、薄膜層２３の厚みが０．５μｍ〜２．０μｍ程度であり、これらの各層の膜厚は露光方式により使い分けられる。
【０００７】
図２（ｂ）にＳＯＩウェハ２４を用いた転写マスク２７の構造例を示す。図２（ｂ）に示すように、支持層２１には荷電粒子線を透過させるための開口部２５が形成され、薄膜層２３には荷電粒子線を微細パターンに形成するための荷電粒子線透過孔２６が形成される。なお、薄膜層２３のうち荷電粒子線透過孔２６が形成される領域は単層自立膜（以下、「パターン形成部」という。）となっている。パターン形成部の厚さは露光に使用する荷電粒子線の加速電圧や露光方式により異なるが、荷電粒子線透過孔２６を透過する荷電粒子線以外はパターン形成部により遮蔽もしくは散乱され、荷電粒子線透過孔２６を透過した荷電粒子線によってレジストが露光される。このようにパターン形成部に微細パターンが形成された転写マスク２７をステンシルマスクと呼ぶ。
【０００８】
通常ステンシルマスクの製造では、荷電粒子線透過孔と開口部とを別個に形成するため、荷電粒子線透過孔及び開口部を形成する際にエッチングストッパ層が必要となる。ステンシルマスクの製造にＳＯＩウェハを使用する利点は、薄膜層をパターン形成部として、シリコン酸化膜をエッチングストッパ層として利用することが可能である点である。シリコンウェハ上に薄膜層及びエッチングストッパ層をＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成する場合、各層の膜厚の精密な制御や、膜欠陥の管理が必要となり、ステンシルマスクの製造にかかる工程数と製造コストが増加する。
【０００９】
これに対し技術完成度の高いＳＯＩウェハをステンシルマスクの製造用ウェハとして用いることで、ステンシルマスクの製造にかかる工程数とコストとを削減することが可能となる。このためＳＯＩウェハは荷電粒子線露光用のステンシルマスクの製造用基板として多く用いられている。
【００１０】
予め、薄膜層やエッチングストッパ層が形成されたＳＯＩウェハを用いることでステンシルマスクの製造自体は容易となる。一方で、ＳＯＩウェハ全体にエッチングストッパ層が有する圧縮応力に起因した反りが発生するという問題がある。一般に、薄膜の応力は引っ張り応力と圧縮応力とに分けられ、引っ張り応力は膜自体が収縮する方向に力が働き、引っ張り応力を有する薄膜が形成された基板は薄膜側に凹型に反る。圧縮応力は薄膜自身が伸長する方向に力が働くため、成膜後の基板は薄膜側に凸型に反る。
【００１１】
ＳＯＩウェハの反りの原因となるシリコン酸化膜からなるエッチングストッパ層は圧縮応力であり、この圧縮応力はエッチングストッパ層側に凸型に反った変形を発生させる。この反り量はＳＯＩウェハの製造方法により多少のばらつきは生じるが、概ねエッチングストッパ層の応力と膜厚とにより決定する。エッチングストッパ層を構成するシリコン酸化膜は加熱処理により形成される熱酸化膜であり、その応力は約３００ＭＰａの圧縮応力である。
【００１２】
ＳＯＩウェハ全体の反り量はエッチングストッパ層の応力の他にＳＯＩウェハを構成する各層の膜厚や口径等によっても異なるが、例えば薄膜層の膜厚が２μｍ、エッチングストッパ層の膜厚が１μｍ、支持層の膜厚が７２５μｍの８インチのＳＯＩウェハでは、ＳＯＩウェハ全体で薄膜層側に８５μｍ程度膨らんだ形の反りが発生することが予想される。
【００１３】
ＳＯＩウェハに上記のような大きな反りが発生した場合、パターン形成部に形成される荷電粒子線透過孔の位置精度に悪影響を及ぼす。例えば、ステンシルマスクは静電チャック方式のマスクホルダーに設置された状態で、露光機の中に設置されるが、大きな反りを有するステンシルマスクをマスクホルダーに設置すると、ステンシルマスク全体に変形が生じる。この変形は再現性及び規則性がなく、変形を予測して荷電粒子線透過孔の位置を決定する等の回避手段を採ることが出来ない。
【００１４】
また、このＳＯＩウェハの反りは、ステンシルマスクの製造の際にも悪影響を及ぼす。例えば、パターン形成部に形成される荷電粒子線透過孔は、荷電粒子線描画により形成されたレジストパターンをエッチングマスクとしてプラズマエッチングにより形成されるが、荷電粒子線描画機にＳＯＩウェハを設置する際に、露光機の場合と同様にＳＯＩウェハ自体再現性のない変形が発生するため、パターン形成部上に形成される荷電粒子線透過孔のレジストパターンの位置精度も悪化することになる。
【００１５】
このため、転写精度の高いステンシルマスクを製造し、かつ、露光機に設置されたマスクの転写精度の悪化を防止するためには反り変形の少ないＳＯＩウェハを用いてステンシルマスクを製造することが必要となる。
【００１６】
ＳＯＩウェハの反りを緩和する方法としては、例えば、特許文献１には、予めＳＯＩウェハの支持層裏面に形成されているシリコン酸化膜を反り調整層として用いる方法が開示されている（特許文献１参照）。この方法はＳＯＩウェハの反りを緩和する効果があるものの、シリコン酸化膜からなるエッチングストッパ層を除去する際に、同時に上記反り調整層として用いるシリコン酸化膜がエッチングされないよう対策をとる必要が生じる。また、ステンシルマスクの裏面に絶縁性のシリコン酸化膜が残存することになるため、実際の荷電粒子線描画時にステンシルマスクの裏面に荷電粒子線が照射されると、ステンシルマスク自体がチャージアップし、荷電粒子線が偏向して転写精度が大幅に悪化するという問題がある。
【００１７】
また、特許文献２には、ＳＯＩウェハを使用せず、２種類の結晶方位の異なるシリコン基板を接合した基板を用いてステンシルマスクを製造する方法が開示されている（特許文献２参照）。この方法ではＳＯＩウェハにおいて反り発生の原因となっているシリコン酸化膜が存在しないため、シリコン基板の反りを大幅に低減することが可能となる。しかしながら、支持層における開口部形成はウェットエッチングによって行うものであり、使用するシリコン基板の結晶方位に制約があること、形成される支持層の開口部の断面形状を垂直とすることが困難であること、等の問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００２−１５１３８５号公報
【特許文献２】特許第３１１８３９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、ＳＯＩウェハを用いて作製される転写マスク（ステンシルマスク）に発生するエッチングストッパ層の圧縮応力に起因した反りという転写マスクの欠陥を低減し、優れた転写精度を有する転写マスクの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の請求項１に係る発明は、第１の基板に開口部を形成する工程と、開口部が形成された第１の基板と第２の基板とを接合してパターン形成部を形成する工程と、パターン形成部に荷電粒子線透過孔を形成する工程と、を含むことを特徴とする転写マスクの製造方法としたものである。
【００２１】
本発明の請求項２に係る発明は、パターン形成部を形成する工程の後、かつ、荷電粒子線透過孔を形成する工程の前に、第２の基板の厚さを低減する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の転写マスクの製造方法としたものである。
【００２２】
本発明の請求項３に係る発明は、第２の基板の厚さを低減する工程は研磨、またはドライエッチング、またはこれらの組み合わせにより行うことを特徴とする請求項２に記載の転写マスクの製造方法としたものである。
【００２３】
本発明の請求項４に係る発明は、開口部を形成する工程は、第１の基板にエッチングマスクを形成し、エッチングマスクを用いて第１の基板をエッチングし、エッチングマスクを除去することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の転写マスクの製造方法としたものである。
【００２４】
本発明の請求項５に係る発明は、第１の基板と第２の基板とを接合してパターン形成部を形成する工程は、第１の基板と第２の基板とを貼り合わせて加熱することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の転写マスクの製造方法としたものである。
【００２５】
本発明の請求項６に係る発明は、前記第１の基板および第２の基板が単結晶シリコンからなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の転写マスクの製造方法としたものである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、ＳＯＩウェハを用いて作製される転写マスク（ステンシルマスク）に発生するエッチングストッパ層の圧縮応力に起因した反りという転写マスクの欠陥を低減し、優れた転写精度を有する転写マスクの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】（ａ）〜（ｇ）は本発明の実施の形態に係る転写マスクの製造方法の一例を示す概略断面図である。
【図２】（ａ）はＳＯＩウェハの一例を示す断面図であり、（ｂ）は従来の転写マスクの一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態に係る転写マスクの製造方法の一例について説明する。実施の形態において、同一構成要素には同一符号を付け、実施の形態の間において重複する説明は省略する。
【００２９】
図１（ｇ）に示すように、本発明の実施の形態に係る転写マスクの製造方法を用いて作製された転写マスク１８は、開口部を有する第１の基板１１と、所定のパターンで形成された荷電粒子線透過孔１７を有する第２の基板１４とを備えている。なお、便宜上第１の基板１１における第２の基板１４を接合する面を上面、上面と対向する面を下面とする。また、第２の基板１４における第１の基板１１を接合する面を下面、下面と対向する面を上面とする。
【００３０】
図１（ａ）〜（ｇ）は転写マスクの製造方法を示す概略断面図である。以下、図１（ａ）〜（ｇ）に示すように、本発明の実施の形態に係る転写マスクの製造方法について説明する。
【００３１】
まず、図１（ａ）に示すように、第１の基板１１を準備する。第１の基板１１としては、従来のＳＯＩウェハを用いた転写マスクの製造における支持層の加工技術を適用することができることから、例えば単結晶シリコンを好適に用いることができる。ここで、第１の基板１１に用いられる単結晶シリコンはボロンやリン等の不純物が含まれているものでもかまわない。なお、完成した転写マスク１８における反り量を抑制するために、第１の基板１１はできるだけ小さい反りを有するものを選択することが望ましい。
【００３２】
次に、図１（ｂ）に示すように、第１の基板１１下面にフォトレジスト等からなるエッチングマスク１２を形成する。フォトレジストにはネガ型及びポジ型どちらも用いることができ、ネガ型及びポジ型は適宜選択して用いることができる。
【００３３】
次に、図１（ｃ）に示すように、ドライエッチングやウェットエッチング等によりエッチングマスク１２が形成されていない領域における第１の基板１１を除去し、貫通孔である開口部１３を形成する。その後、残存するエッチングマスク１２を除去する。
【００３４】
次に、第２の基板１４を準備する。第２の基板１４としては、従来のＳＯＩウェハを用いた転写マスクの製造における薄膜層の加工技術を適用することができることから、例えば単結晶シリコンを好適に用いることができる。ここで、第２の基板１４に用いられる単結晶シリコンはボロンやリン等の不純物が含まれているものでもかまわない。また、第１の基板１１と同様の理由により、第２の基板１４はできるだけ小さい反りを有するものを選択することが望ましい。
【００３５】
次に、図１（ｄ）に示す通り、開口部１３を有する第１の基板１１と第２の基板１４とを例えば約５００℃の条件で接合する。この結果、第１の基板１１により支持されたパターン形成部１５が形成される。ここで、例えば第１の基板１１および第２の基板１４として単結晶シリコンを用いる場合には、第１の基板１１及び第２の基板１４の接合方法は、４５０℃以上７５０℃以下の条件で加熱して接合することが望ましい。４５０℃より低いと接合強度が十分ではなく、７５０℃より高いと、第１及び第２の基板の熱膨張の差により、反りが発生するおそれがある。
【００３６】
ここで、第１の基板１１と第２の基板１４とを接合する工程において、第２の基板１４の厚さが薄い場合には第２の基板１４に亀裂が生じる等の問題が発生することがある。こうした接合が可能な限界膜厚よりも薄い膜厚を有するパターン形成部１５を形成する必要がある場合には、図１（ｅ）に示すように、上記の接合後に第２の基板１４の厚さを低減する工程を行う。
【００３７】
ここで、上記の第２の基板１４の厚さを低減する工程は、例えば研磨、またはドライエッチング、またはこれらの組み合わせにより行うことができる。また、後に荷電粒子線透過孔１７を精度良く形成するために、第２の基板１４の厚さを低減する工程は第２の基板１４の表面ができるだけ平坦になるように行うことが望ましい。
【００３８】
次に、図１（ｆ）に示すように、パターン形成部１５が形成された第２の基板１４上面に電子線レジスト等からなるエッチングマスク１６を形成する。
【００３９】
次に、図１（ｇ）に示すように、エッチングマスク１６を用いてドライエッチング等によるエッチング加工によりパターン形成部１５に荷電粒子線透過孔１７を形成する。その後、残存するエッチングマスク１６を除去することにより転写マスク１８を得る。
【００４０】
上記した本発明の転写マスクの製造方法によると、ＳＯＩウェハを用いて作製される従来の転写マスクと異なり、大きな圧縮応力を有するシリコン酸化膜からなるエッチングストッパ層が存在しない転写マスクを製造することができる。すなわち、ＳＯＩウェハを用いて作製される従来の転写マスクに比べ、転写マスクの致命的欠陥である反りが大幅に低減され、優れた転写精度を有する転写マスクを得ることができる。
【００４１】
その結果、本発明の転写マスクの製造方法によって作製された転写マスクを用いると、半導体デバイス等のパターンの製造を高い歩留りで行うことができる。
【実施例】
【００４２】
以下実施例により、本発明の転写マスクの製造方法について説明する。なお、便宜上第１の基板１１における第２の基板１４を接合する面を上面、上面と対向する面を下面とする。また、第２の基板１４における第１の基板１１を接合する面を下面、下面と対向する面を上面とする。
【００４３】
まず、図１（ａ）に示すように、厚さ７２５μｍの単結晶シリコンからなる２００ｍｍΦの第１の基板１１を準備した。ここで、第１の基板１１が有する反り量を測定したところ、＋２．０μｍであった。なお、反り量の符号は第１の基板１１の上面側に膨らんでいる場合を＋（プラス）、下面側に膨らんでいる場合を−（マイナス）と定義する。また、第１の基板１１の自重による影響を除外するため、第１の基板１１の上面側を上にして測定した反り量と、第１の基板１１の下面側を上にして測定した反り量との差の１／２を第１の基板１１の反り量とした。
【００４４】
次に、図１（ｂ）に示すように、第１の基板１１の下面にフォトレジストをスピンナーで塗布して厚さ５０μｍの感光層を形成し、パターン露光、現像等のパターニング処理を行って、エッチングマスク１２を形成した。
【００４５】
次に、図１（ｃ）に示すように、フロロカーボン系の混合ガスプラズマを用いたドライエッチングにより、エッチングマスク１２が形成されていない領域における第１の基板１１を除去し、貫通孔である開口部１３を形成した。その後、酸素プラズマアッシングにより残存するエッチングマスク１２を除去した。
【００４６】
次に、厚さ７２５μｍの単結晶シリコンからなる２００ｍｍΦの第２の基板１４を準備した。ここで、第２の基板１４が有する反り量を測定したところ、＋１．０μｍであった。
【００４７】
次に、図１（ｄ）に示すように、開口部１３を有する第１の基板１１と第２の基板１４とを５００℃の条件下で接合させた。この結果、第１の基板１１により支持されたパターン形成部１５が形成された。
【００４８】
次に、図１（ｅ）に示すように、第２の基板１４の厚さを低減する工程を行った。まず研磨により第２の基板１４の厚さを７２５μｍから１００μｍに低減し、さらにフロロカーボン系の混合ガスプラズマを用いたドライエッチングにより２０μｍに低減した。
【００４９】
次に、図１（ｆ）に示すように、厚さ２０μｍのパターン形成部１５が形成された第２の基板１４上面に電子線レジストをスピンナーで塗布して厚さ１．０μｍの感光層を形成し、電子ビーム描画、現像等のパターニング処理を行って、エッチングマスク１６を形成した。
【００５０】
次に、図１（ｇ）に示すように、エッチングマスク１６を用いてフロロカーボン系の混合ガスプラズマを用いたドライエッチングにより、パターン形成部１５に荷電粒子線透過孔１７を形成した。その後、酸素プラズマアッシングにより残存するエッチングマスク１６を除去し、転写マスク１８を得た。
【００５１】
以上の方法により作製した転写マスク１８が有する反り量は＋１．０μｍと非常に平坦であった。また、転写マスク１８を用いて電子線露光を行い、パターン転写精度を測定したところ、同一パターンが設けられた、ＳＯＩウェハを用いて作製された従来構造の転写マスクを用いた場合に比べ、転写パターンの位置精度が大幅に向上していることが確認された。
【符号の説明】
【００５２】
１１…第１の基板
１２、１６…エッチングマスク
１３、２５…開口部
１４…第２の基板
１５…パターン形成部
１７、２６…荷電粒子線透過孔
１８、２７…転写マスク
２１…支持層
２２…エッチングストッパ層
２３…薄膜層
２４…ＳＯＩウェハ
【図１】
2010050433.tif 000003
【図２】
2010050433.tif 000004